relazione finale di ricerca studio meteo marino ... prova fin 10-11 pdf... · fetch geografico...

Università degli Studi di ParmaDipartimento di Ingegneria e Architettura

Dipartimento di Scienze della Terra

MASTER UNIVERSITARIO INTERSEDEIN SCIENZE COSTIERE APPLICATE

ANNO ACCADEMICO 2010-11

Relazione Finale di RicercaStudio meteo marino preliminare all’intervento di riequilibrio della

spiaggia del Pozzale, isola Palmaria.

Relatori CandidataChiar.mo Prof. Pier Luigi Aminti Dott.ssa Eleonora Buzzolino

Chiar.ma Dott. Serena Strada

Studio meteo marino preliminare all’intervento di riequilibrio della spiaggia del Pozzale,

isola Palmaria.

- Introduzione – presentazione del caso di studio;

- Analisi del clima meteo marino;

- Considerazioni conclusive personali;

Spiaggia dei Gabbiani pre erosione [fonte Google Image].

Introduzione

DOVE:

Spiaggia del “Pozzale” isola Palmaria,

Comune di Porto Venere,

Provincia della Spezia.

L’isola fa parte del Parco Naturale Regionale di Porto Venere, ed è un SIC [Sito

di Interesse Comunitario] secondo la direttiva Habitat 92/43/CEE.

Foto satellitare [fonte Google Maps]

Introduzione

POBLEMATICA IN ATTO:

Da vari anni la spiaggia risulta soggetta ad un forte fenomeno di erosione che sta

progressivamente depauperando il litorale ghiaioso, non solo nella specifica area della

spiaggia ma anche nelle zone limitrofe, che vanno dalla cava situata sulla propaggine più a

Sud dell’Isola fino alla spiaggia dei Gabbiani

Isola Palmaria, foto satellitare [Google Maps]

Introduzione

SOLUZIONI ATTUATE AD OGGI:

L’ Aereonautica Militare, ha provveduto da alcuni anni all’allestimento di una barriera radente

in massi a protezione del campeggio, retrostante la spiaggia, che limitasse l’invasione dei flutti.

L’intervento, valido nella protezione dell’area militare, ha peggiorato la situazione erosiva del

litorale, generando uno squilibrio ulteriore nel profilo di spiaggia.

L’area più colpita dall’erosione è il tratto limitato dai due pontili di attracco per le barche.

Barriera radente in massi presso spiaggia Pozzale [foto personale]

Introduzione

L’amministrazione locale ha deciso per intanto di intervenire proprio in tale tratto.

Vista satellitare del tratto di primo intervento

[Fonte Google Maps]

Pontile delimitante l’area di intervento [foto personale]

Analisi del clima meteo marino

Alla base della progettazione di un’opera marittima c’è lo studio meteo marino.

La conoscenza del clima meteo marino al largo di un paraggio è un requisito essenziale per

qualsiasi tipo di intervento nella fascia costiera.

La definizione del clima ondoso in un paraggio ha sostanzialmente due obiettivi:

-ricostruzione del clima meteo marino medio al largo di un paraggio per la successiva

ricostruzione del clima sotto costa;

-la determinazione della probabilità di occorrenza delle onde estreme per la progettazione delle

opere di difesa .

Analisi del clima meteo marino;

•Ricerca dei dati disponibili;

• Analisi del clima meteo marino:

Settore di traversia,

Fetch geografici ed efficace;

Dati di moto ondoso

Dati di vento

Statistica degli eventi estremi

Calcolo della profondità di chiusura

•Propagazione del moto ondoso sotto costa;

STUDI EFFETTUATI:


DATI DISPONIBILI :

Dal 1989, sui litorali italiani è attiva una rete

ondametrica gestita dall’ISPRA. La Rete Ondametrica

Nazionale, attualmente configurata su 15 stazioni di

misura, pur non essendo in grado di caratterizzare

l’intero litorale italiano (a causa della limitata

copertura geografica), in considerazione dell’ottimo

rendimento complessivo in termini di dati archiviati,

permette di avere a disposizione una gran quantità di

dati validi per elaborazioni scientifiche ed

ingegneristiche.

-ondametro di La Spezia della Rete Ondametrica Nazionale (1989-2005)

L’ondametro, costituito da una boa accelerometrica tipo WAVEC, è ancorato ad una profondità di

circa 70 m al largo di Marina di Massa a sud dell'isola di Palmaria in posizione geografica di

coordinate 43° 55.7’ N e 9° 49.6’ E, molto prossima e certamente ben rappresentativa per il paraggio

in esame.

Rete Ondametrica Nazionale [fonte sito ISPRA]


DATI DISPONIBILI :

-Carta Nautica in scala 1:100000

-Carta batimetrica del fondale

(GeoCoste e Master)

Carta nautica 1:100000

- RON: Serie Storiche triorarie altezze significative

-Tabelle riassuntive delle distribuzioni direzionali delle altezze d’onda ricostruite pubblicate nel Wind e Wave Atlas


SETTORE DI TRAVERSIA DI UN PARAGGIO:

il settore angolare con centro nel sito di studio e comprendente tutte le direzioni da cui

possono provenire le agitazioni ondose determinate dai venti foranei.

Il settore di traversia del paraggio Pozzale va dai 30°N ai 160°N

Carta Nautica con indicazione del settore di traversia


FETCH

Lunghezza della porzione di mare sulla quale può avvenire la generazione del moto ondoso ad

opera dell’azione esercitata dal vento.

FETCH GEOGRAFICO

distanza geografica tra il punto di

interesse e la terra più vicina in

relazione ad una prefissata direzione

FETCH EFFICACE

grandezza che considera l’effetto della

lunghezza del fetch stesso e della

dispersione direzionale dell’energia

dell’onda sullo sviluppo e propagazione.

Calcolato con la formula di Saville:

Tracciamento fetch su carta nautica ogni 5°.


DISTRIBUZIONE DIREZIONALE DELLE MAREGGIATE

Istogramma in cui per ciascuna direzione è stata indicata la frequenza in percentuale

delle osservazioni ad essa relative.

Il settore di traversia in esame 30-160°N non è tra i più colpiti in termini di

frequenza di mareggiate

Analisi del clima meteomarino

ROSA DEL MARE:

Grafico rappresentante per ciascuna classe direzionale e di altezza (opportunamente

scelta) la frequenza degli eventi di mareggiata.


ROSA DEL MARE:

Per una migliore chiarezza

grafica, le scale dei due grafici

sono diverse, le frequenze

relative al settore di traversia

sono infatti molto ridotte

rispetto al caso

omnidirezionale.

Onde più alte e più frequenti in

direzione 150-160°.


DISTRIBUZIONE DIREZIONALE DEI VENTI

Distribuzione percentuale dei venti in funzione delle direzioni

Il settore di traversia è interessato da venti molto frequenti relativamente alle

direzioni 30-50°N.


ROSA DEI VENTI OMNIDIREZIONALE

Grafico rappresentante per ciascuna classe direzionale e di velocità (opportunamente scelta)

la frequenza degli eventi di vento.

•venti regnanti presentano un’alta frequenza di apparizione (oltre il 50%);

•venti dominanti caratterizzati da alte velocità (>20 m/s);

•venti prevalenti presentano contemporaneamente le due caratteristiche di alta frequenza e

velocità.


Per una migliore chiarezza

grafica, le scale dei due grafici

sono diverse, le frequenze

realtive al settore di traversia

sono infatti molto ridotte

rispetto al caso omnidirezionale.

I venti prevalenti (v >10 m/s)

interessanti il settore sono

quelli di terra tra i 30° i 45 °N.


STATISTICA DEGLI EVENTI ESTREMI

Per il dimensionamento di un’opera marittima il progettista ha la necessita di fare

riferimento ad un’onda estrema, idonea nel descrivere un determinato stato di mare da

considerare come evento più gravoso per la struttura.

Questa onda estrema sarà fornita in funzione di un periodo di ritorno ovvero del tempo

durante il quale essa potrà essere uguagliata o superata mediamente una sola volta.

PT

r−

=

1

1Definizione analitica

di tempo di ritorno

con P=probablità di

non superamento

Non esistono giustificazioni teoriche per scegliere una legge di distribuzione di probabilità

rispetto ad un'altra, di solito si utilizzano quelle che meglio interpretano i dati

sperimentali, tra le più utilizzate sicuramente vi sono la Gumbell e quella di Weibull


LEGGE DI DISTRIBUZIONE PROBABILISTICA DI GUMBEL

Dove:

-P è la probabilità di non superamento di un certo valore di altezza Hs;

- α e β sono due parametri caratteristici della distribuzione con espressione:

Con:

-σ scarto quadratico medio del campione di altezze a disposizione

-Hsm media del campione di altezze a disposizione

σ 0,822565 α 0,641351

Hsm 2,341575 β 1,971387

Noti questi parametri, è stata calcolata l’altezza corrispondente ai fissati tempi di ritorno

di 2, 5, 10, 20, 50, 100 anni per mezzo dell’espressione:

Dove P:

Λ è il rapporto tra la numerosità del campione e il numero di anni di osservazione.

T(anni) P H(m)

2 0,98482 4,652312

5 0,993928 5,242922

10 0,996964 5,68845

20 0,998482 6,133489

50 0,999393 6,721445

100 0,999696 7,166093


PROPAGAZIONE DEL MOTO DAL LARGO A COSTA

L’onda utilizzata come onda di progetto è un’onda che si verifica abbastanza frequentemente

1-2 volte all’anno ossia superata 15-30 volte nel settore di traversia durante il periodo di

osservazione di 15 anni (1989-2005). Il risultato ottenuto dalla tabella delle altezze

significative per il settore di traversia in esame è quello relativo a classi d’onda di 4-4,5 m.

Si sceglie quindi H0=4,5 m.

A questo valore di altezza corrisponde un periodo d’onda T0=10,5 s.

La lunghezza d’onda calcolata per mezzo del formula:

risulta essere L0=171,96 m

Grandezza al largo Valore

H0 4,5 m

T0 10,5 s

L0 171,96 m


Le onde, mentre si dirigono verso costa, si modificano: quando il rapporto tra la profondità e la

lunghezza d’onda risulta pari a 0,5 l’onda comincia a risentire dei cambiamenti nella batimetria

del fondale. Fenomeni caratteristici del processo di traformazione:

FRANGIMENTO: giunta sotto costa, l’onda si deforma aumentando la sua altezza al diminuire

della profondità, fino al punto in cui non è più stabile e frange.

RIFRAZIONE: fenomeno per cui quando il fronte d’onda incontra le batimetriche formando un

angolo diverso da zero, l’onda modifica la sua direzione di propagazione, in particolare, la cresta

dell’onda tende a diventare parallela alla costa, e il raggio d’onda tende a diventare ortogonale

alla linea di riva.

SHOALING: processo legato alla diminuzione della profondità e rallentamento dell’onda, per

cui la lunghezza d’onda si riduce e la ripidità, pari al rapporto tra l’altezza d’onda e la

lunghezza, aumenta.

TRASFORMAZIONE DEL MOTO DAL LARGO A COSTA


Tramite le formule inserite nel CEM Coastal Engeneering Manual, EM 1110-2-1100, U.S.

Army Corps of Engineers’ si possono calcolare grandezze caratteristiche di alcuni dei

fenomeni descritti:

-Altezza al frangimento Hb=5,22 m

-Profondità al frangimento db = 7,46 m [γ=0,7]

Note queste grandezze sono stati calcolati il set – up e il run –up:

Set – up [ηs]: innalzamento medio del livello medio mare in corrispondenza della linea di

riva in occasione di una mareggiata

Schema per la definizione del Set – Up [CEM]

Run-up [R]: massima quota di risalita dell’onda sul profilo della spiaggia rispetto al livello

medio mare.

con:

Grandezza Valore

Hb 5,22 m

db 7,46 m

ηs 0,92 m

Rmax 2,52 m

R1/3 1,71 m

R2% 2,26 m


Schema per la definizione

del Run - Up [fonte CEM]


PROFONDITÀ DI CHIUSURA

E’ la profondità limite in cui si verificano i cambiamenti del profilo, dipende dall’altezza e del

periodo d’onda, oltre che dalla composizione e dimensione granulometrica del sedimento.

Non è la profondità alla quale il sedimento cessa di muoversi, ma è la profondità minima in

corrispondenza della quale il rilievo del profilo rimane invariabile.

Altrimenti detto LIMITE DELLA FASCIA ATTIVA.

Si calcola con la formula di Hallemeier:

da cui Dc=8,98 m.

Considerazioni

Alla base di qualsiasi progettazione di opere di difesa marittima c’è l’analisi meteo

marina.

Le considerazioni su:

-Intensità e frequenza dei mari;

-Velocità e frequenza dei venti;

-Onde estreme;

-Trasformazione a costa;

-Profili e profondità di chiusura;

sono fondamentali per qualsiasi tipo di studio preliminare.

Considerazioni

Con questa analisi è stato possibile effettuare un progetto preliminare di ripascimento.

Come spesso accade, però, il grado di dettaglio degli studi preliminari e il tipo di intervento

e di manutenzione da effettuare sono condizionati fortemente dal vincolo economico.

Nel caso della realizzazione oltre al vincolo economico interviene quello geografico che può

rendere i lavori molto più complessi nel caso di un’isola.

Grazie a tutti per

l’ attenzione!

Eleonora Buzzolino

relazione finale di ricerca studio meteo marino ... prova fin 10-11 pdf... · fetch geografico...

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